由北极“史上最强”臭氧洞说起(2)
尽管臭氧洞主要出现在南半球；但如文章开头提到的，北半球也可能出现臭氧洞事件，历史上，北极在1997年和2011年都出现了较大规模的臭氧洞。
缘何出现臭氧洞
低温、太阳辐射和臭氧损耗物质的存在，是臭氧洞出现的必要条件。这样的条件只出现在平流层极区。在我们头顶10～50千米的平流层，冬季盛行西风，其中环绕北极的西风时速可达350千米以上(超强台风17级风的时速约为210千米)，环绕南极的西风时速甚至可以超过400千米。由于两极各自的冬季没有太阳照射，环绕极区的强大西风被称作极夜急流。
在强大的绕极西风的作用下，极区与中纬度地区被隔离开来，不仅导致中纬度地区富含氧气的空气无法进入极区，而且使得中纬度的热量同样无法进入极区，由此形成了异常寒冷的平流层极区。正常情况下，南半球冬春季(6～10月)的南极平流层最低温度可以达到-130℃，北极隆冬(12月、1月、2月)的最低温度也可以低于-80℃。
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在极低温条件下，可以形成极地平流层云。它与近地面的云差别很大，包含了冰晶、水合硝酸(硝酸三水合物)和水合硫酸。极地平流层云的存在，可以把氯贮存物质(主要是氯化氢HCl)吸收到颗粒的界面上，通过分解反应，释放出活性氯。当早春来临时，在太阳紫外线的照射下，氯原子会更容易分解出来，进而引发化学反应侵蚀臭氧层，形成臭氧损耗和臭氧洞现象。
▲ 南极上空出现的臭氧洞往往远大于北极上空出现的臭氧洞
▲ 南北半球相比，南半球平流层极区温度更低，最低可以达到-130℃，北极最低温度可以达到-80℃，当温度低于-78℃时，即逐渐形成极地平流层云。图片来自于联合国环境署《2018年臭氧层耗损科学评估》
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南北半球相比，南半球的中高纬度以海洋为主，地面均一度比较好，不容易产生大尺度大气波动(行星波)，因而形成的极涡也不容易受到扰动破坏，所以南半球极夜急流里的低温极区非常稳定。与之相反，北半球的中高纬度地形复杂，海陆对比明显，容易发生各种尺度的扰动。因此，北半球极涡容易受波动影响而扭曲、变形或者偏心，从而导致极夜急流所形成的极涡极易遭到破坏，所以北半球的极低温环境不易維持。
这两种情况意味着，由于南半球的极涡非常稳定，因此每年都会在9、10月份形成严重的臭氧洞；而北半球的极涡变化较大，不易形成稳定的低温区和极地平流层云，致使臭氧洞不易形成，或者即便形成了臭氧洞，其规模和维持度也远不如南极。自2011年出现明显的臭氧洞之后，直到2020年春季，北极才形成典型的臭氧洞。即使是这次被认为“史上最强大”的北极臭氧洞，其面积也仅有约100万平方千米；而在2019年，南极的臭氧洞即便被认为是南极史上“最小”臭氧洞，其面积也在900万平方千米以上，远大于北极臭氧洞。更遑论南半球动辄2000万平方千米的臭氧洞，远不是北极臭氧洞所能比拟的，绝对是“小巫见大巫”。
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换句话说，即使大气中存在大量臭氧损耗物质，北极每年臭氧洞的大小和强度也有所不同。这主要是因为平流层的极涡强度存在着变化。在有些年份，极涡会更强一些，这些年份的臭氧损耗就会严重些，甚至出现臭氧洞；而在另外一些年份，极涡相对弱一些，这些年份的臭氧损耗就少很多。
▲ 预计大约在2060年之后，南极春季的臭氧可望恢复到20世纪80年代的水平；而在2100年之后，才可恢复到20世纪60年代初的水平(图片来自于联合国环境署《2018年臭氧层损耗科学评估》)
平流层极涡强度和范围的变化受多种因子的影响，除了大气内部的复杂波动变化之外，热带海洋的热力学状况(厄尔尼诺或者拉尼娜现象)也是一个重要影响因子。一般而言，当热带东太平洋发生厄尔尼诺事件时，北极极涡偏弱；反之，当热带东太平洋发生拉尼娜事件时，北极极涡偏强。
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另外一个影响极涡强度的因子是赤道平流层准两年振荡现象(QBO)。当热带平流层处于西风时，北极极涡偏强；反之，当热带平流层处于东风时，北极极涡偏弱，容易发生暴发性增温。其他诸如北极海冰面积、欧亚大陆雪盖和陆面过程、北大西洋海洋热力状况等，也都可以影响极涡的变化。影响因子越多，极涡的变化特征就更为复杂。因此，如果讨论某一年的极涡状况，需要具体问题具体分析。
臭氧洞几时恢复
尽管极涡强度变化会影响某一年臭氧洞的强度和大小，但未来臭氧洞的趋势变化主要受大气中臭氧损耗物质的数量影响。
《蒙特利尔议定书》签署于1987年，在1989年1月1日生效。该议定书规定，发达国家在2000年全面停止生产和使用8种氟利昂和哈龙类物质，发展中国家的控制时间表比发达国家相应延迟10年。这份议定书得到了联合国所有成员国的签署和贯彻执行，这在人类历史上是空前的。因此，联合国前秘书长科菲·安南称该协议为“可能的唯一最成功的国际协议”。不过，“病来如山倒，病去如抽丝”，人类近百年排放到大气中的损耗臭氧的物质不仅数量巨大，而且其生命期长达50～100年，它们的减少将会极其缓慢。
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2018年，联合国环境署发布《2018年臭氧层损耗科学评估》报告，评估了有关臭氧的损耗问题。该报告指出，经过30年的努力，人类避免进入一个更严重的臭氧损耗危机；不过，要使南极臭氧恢复到20世纪80年代的水平，大概要到2060年之后，而要想恢复到20世纪60年代初的水平，则需要到2100年左右。
这注定是一场保护环境的长期战争。
臭氧的危害
科学研究表明，大气中的臭氧每减少1%，照射到地面的紫外线就会增加2%。强烈的紫外线辐射会增加人类罹患皮肤癌、白内障等疾病的风险，可能造成免疫系统缺陷和发育停滞；还会使农作物大量减产，威胁某些鱼类和海洋生物的生存。, http://www.100md.com(魏科)
缘何出现臭氧洞
低温、太阳辐射和臭氧损耗物质的存在，是臭氧洞出现的必要条件。这样的条件只出现在平流层极区。在我们头顶10～50千米的平流层，冬季盛行西风，其中环绕北极的西风时速可达350千米以上(超强台风17级风的时速约为210千米)，环绕南极的西风时速甚至可以超过400千米。由于两极各自的冬季没有太阳照射，环绕极区的强大西风被称作极夜急流。
在强大的绕极西风的作用下，极区与中纬度地区被隔离开来，不仅导致中纬度地区富含氧气的空气无法进入极区，而且使得中纬度的热量同样无法进入极区，由此形成了异常寒冷的平流层极区。正常情况下，南半球冬春季(6～10月)的南极平流层最低温度可以达到-130℃，北极隆冬(12月、1月、2月)的最低温度也可以低于-80℃。
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在极低温条件下，可以形成极地平流层云。它与近地面的云差别很大，包含了冰晶、水合硝酸(硝酸三水合物)和水合硫酸。极地平流层云的存在，可以把氯贮存物质(主要是氯化氢HCl)吸收到颗粒的界面上，通过分解反应，释放出活性氯。当早春来临时，在太阳紫外线的照射下，氯原子会更容易分解出来，进而引发化学反应侵蚀臭氧层，形成臭氧损耗和臭氧洞现象。
▲ 南极上空出现的臭氧洞往往远大于北极上空出现的臭氧洞
▲ 南北半球相比，南半球平流层极区温度更低，最低可以达到-130℃，北极最低温度可以达到-80℃，当温度低于-78℃时，即逐渐形成极地平流层云。图片来自于联合国环境署《2018年臭氧层耗损科学评估》
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南北半球相比，南半球的中高纬度以海洋为主，地面均一度比较好，不容易产生大尺度大气波动(行星波)，因而形成的极涡也不容易受到扰动破坏，所以南半球极夜急流里的低温极区非常稳定。与之相反，北半球的中高纬度地形复杂，海陆对比明显，容易发生各种尺度的扰动。因此，北半球极涡容易受波动影响而扭曲、变形或者偏心，从而导致极夜急流所形成的极涡极易遭到破坏，所以北半球的极低温环境不易維持。
这两种情况意味着，由于南半球的极涡非常稳定，因此每年都会在9、10月份形成严重的臭氧洞；而北半球的极涡变化较大，不易形成稳定的低温区和极地平流层云，致使臭氧洞不易形成，或者即便形成了臭氧洞，其规模和维持度也远不如南极。自2011年出现明显的臭氧洞之后，直到2020年春季，北极才形成典型的臭氧洞。即使是这次被认为“史上最强大”的北极臭氧洞，其面积也仅有约100万平方千米；而在2019年，南极的臭氧洞即便被认为是南极史上“最小”臭氧洞，其面积也在900万平方千米以上，远大于北极臭氧洞。更遑论南半球动辄2000万平方千米的臭氧洞，远不是北极臭氧洞所能比拟的，绝对是“小巫见大巫”。
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换句话说，即使大气中存在大量臭氧损耗物质，北极每年臭氧洞的大小和强度也有所不同。这主要是因为平流层的极涡强度存在着变化。在有些年份，极涡会更强一些，这些年份的臭氧损耗就会严重些，甚至出现臭氧洞；而在另外一些年份，极涡相对弱一些，这些年份的臭氧损耗就少很多。
▲ 预计大约在2060年之后，南极春季的臭氧可望恢复到20世纪80年代的水平；而在2100年之后，才可恢复到20世纪60年代初的水平(图片来自于联合国环境署《2018年臭氧层损耗科学评估》)
平流层极涡强度和范围的变化受多种因子的影响，除了大气内部的复杂波动变化之外，热带海洋的热力学状况(厄尔尼诺或者拉尼娜现象)也是一个重要影响因子。一般而言，当热带东太平洋发生厄尔尼诺事件时，北极极涡偏弱；反之，当热带东太平洋发生拉尼娜事件时，北极极涡偏强。
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另外一个影响极涡强度的因子是赤道平流层准两年振荡现象(QBO)。当热带平流层处于西风时，北极极涡偏强；反之，当热带平流层处于东风时，北极极涡偏弱，容易发生暴发性增温。其他诸如北极海冰面积、欧亚大陆雪盖和陆面过程、北大西洋海洋热力状况等，也都可以影响极涡的变化。影响因子越多，极涡的变化特征就更为复杂。因此，如果讨论某一年的极涡状况，需要具体问题具体分析。
臭氧洞几时恢复
尽管极涡强度变化会影响某一年臭氧洞的强度和大小，但未来臭氧洞的趋势变化主要受大气中臭氧损耗物质的数量影响。
《蒙特利尔议定书》签署于1987年，在1989年1月1日生效。该议定书规定，发达国家在2000年全面停止生产和使用8种氟利昂和哈龙类物质，发展中国家的控制时间表比发达国家相应延迟10年。这份议定书得到了联合国所有成员国的签署和贯彻执行，这在人类历史上是空前的。因此，联合国前秘书长科菲·安南称该协议为“可能的唯一最成功的国际协议”。不过，“病来如山倒，病去如抽丝”，人类近百年排放到大气中的损耗臭氧的物质不仅数量巨大，而且其生命期长达50～100年，它们的减少将会极其缓慢。
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2018年，联合国环境署发布《2018年臭氧层损耗科学评估》报告，评估了有关臭氧的损耗问题。该报告指出，经过30年的努力，人类避免进入一个更严重的臭氧损耗危机；不过，要使南极臭氧恢复到20世纪80年代的水平，大概要到2060年之后，而要想恢复到20世纪60年代初的水平，则需要到2100年左右。
这注定是一场保护环境的长期战争。
臭氧的危害
科学研究表明，大气中的臭氧每减少1%，照射到地面的紫外线就会增加2%。强烈的紫外线辐射会增加人类罹患皮肤癌、白内障等疾病的风险，可能造成免疫系统缺陷和发育停滞；还会使农作物大量减产，威胁某些鱼类和海洋生物的生存。, http://www.100md.com(魏科)